JP5761461B2 - 電気集塵装置 - Google Patents

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本発明は、粒子状物質(PM:Particulate Matter)を含有する例えば内燃機関の排気ガス等のPM含有ガス中からPMを除去するようにした電気集塵装置に関する。
内燃機関から排出される排気ガスには、NOx、SOxの他、炭素を主成分とするPMなどの有害物質が含まれている。人間が呼吸によりPMを体内に吸い込むと様々な健康被害が発生することが知られており、PMを効率良く除去するPM除去装置の開発が望まれている。
このようなPM除去装置として、排気ダクト中に、フィルタを設置する方法があるが、フィルタは目詰まりし易く、圧力損失が大きいなどの課題がある。これに対して電気集塵装置は、目詰まりせず、圧力損失が小さいため、内燃機関の排気ダクトに取り付けるには有効である。
このような電気集塵方式のPM除去装置としては、例えば図14に示すように、粒子状物質を含むガス流れの中に放電電極201と、この放電電極201と対向して設けられたろ過装置202と、放電電極201及びろ過装置202間に高電圧を印加する高圧電源203と、ろ過装置202を通過するガス流を調節する抽気用送風機204と、排気ガスを吸引する主送風機205とを備えた除じん装置が知られている(例えば、特許文献1参照)。同様に、図15に示すように、抽気用送風機204を省略し、これに代えてガス出口を2つに分流させて、各ガス出口に圧損調整用のダンパ210を設けるようにした除じん装置も知られている(例えば、特許文献1参照)。
また、図16及び図17に示すように、粒子状物質を含むガス流の中に放電電極201と、この放電電極201と対向して設けられた対向電極207を持つろ過装置202と、放電電極201及びろ過装置202間に高電圧を印加する高圧電源203と、ろ過装置202内又はその背面に閉鎖された閉鎖空間208を備えた除じん装置が知られている(例えば、特許文献2参照)。
特開平2−63560号公報 特開平2−184357号公報
しかしながら、上記特許文献1に記載の図14に示す従来例にあっては、抽気用送風機204によりろ過装置202を通るガスの排気量を調整するが、ろ過装置202はサブミクロンオーダーの大きさである粒子状物質をろ過するためには十分に目が細かいものを使用する必要があるので、ろ過装置202による圧損が大きくなり、抽気用送風機204として、容量が大きなものが必要となる。この場合には、ある程度の時間運転すると、図18に示すように、ろ過装置202に粒子状物質209が詰まって目詰まりが生じて、集塵不可能となるため、ろ過装置202の交換が頻繁に必要となるという未解決の課題がある。逆に、抽気用送風機204の容量が小さい場合には、ろ過装置202を通過する風量が小さいため、図19に示すように、粒子状物質209がろ過装置202の表面付近に集中して補集されることになり、その場合、補集された粒子状物質209が主ガス流に晒されてしまうために、主ガス流の風速が高い条件化では、主ガス流の抗力によってろ過装置202の表面に補集された粒子状物質が引き剥がされて再飛散してしまうという未解決の課題がある。
同様に、特許文献1に記載されている図15に示す従来例にあっても、抽気用送風機を省略することができるが、圧損調整ダンパ210によりろ過装置202の抽気量を調整するので、ろ過装置202としてはサブミクロンオーダーの大きさである粒子状物質をろ過するためには十分に目が細かいものを使用する必要があるので、ろ過装置202による圧損が大きくなり、圧損調整ダンパ210を大きく閉じた状態にする必要がある。この場合、圧損調整ダンパ210による主ガス流の圧損が大きくなるため、送風機205に容量の大きなものが必要となる。また、図18に示すように、ある程度の時間運転すると、ろ過装置202に目詰まりが生じて、集塵不可能となるという未解決の課題がある。逆に、圧損調整ダンパ210の閉じ量が小さい場合には、送風機205の容量は小さくてよいが、ろ過装置202を通過する風量が小さいために、図19に示すように、ろ過装置202の表面に補集された粒子状物質209が引き剥がされ、再飛散が生じてしまうという未解決の課題がある。また、圧損調整ダンパ210のような可動機構は、高温の排ガス中においては、故障の危険性が非常に高いという未解決の課題もある。
また、特許文献2に記載された図16に示す従来例にあっては、放電電極201と対向電極207との間に生じるイオン風による二次流れは、最大風速2m/s程度である。ろ過装置202はサブミクロンオーダーの大きさである粒子状物質をろ過するためには十分目が細かいものを使用する必要があり、ろ過装置202による圧損が大きいため、イオン風による二次流れのみで、ろ過装置202をガスが十分に通過することが困難であり、図20に示すように、粒子状物質209はろ過装置202の表面付近に集中して補集される。この場合、補集された粒子状物質が主ガス流に晒されてしまうために、主ガス流の風速が高い条件化では主ガス流の抗力によってろ過装置202の表面に補集された粒子状物質209が引き剥がされ、再飛散が生じてしまうという未解決の課題がある。
そこで、本発明は、上記従来例の未解決の課題に着目してなされたものであり、容量の大きな抽気装置を必要とすることなく、目詰まりせずに、高風速条件下でも再飛散しにくく、高い集塵性能を発揮し、故障の可能性が低い電気集塵装置を提供することを目的としている。
上記目的を達成するために、本発明に係る電気集塵装置の第1の態様は、粒子状物質を通過させる貫通孔を複数形成した板状電極と、該板状電極の一方の面に対向して配置された放電電極と、前記板状電極及び前記放電電極間に電圧を印加して前記粒子状物質にクーロン力を付与する放電を発生させる放電発生部と、前記板状電極の前記放電電極との対向面とは反対側に形成した粒子状物質を補集する補集領域と、前記板状電極と前記放電電極との間に形成した粒子状物質含有ガスを通流させるガス通流領域と、前記粒子状物質含有ガスの通流状態で、前記補集領域に当該粒子状物質含有ガスの通流方向と交差する方向に回収気体を通流して補集した粒子状物質を剥離回収する粒子状物質回収部とを備えている。そして、前記放電によって粒子状物質含有ガス中の粒子状物質を帯電させて前記貫通孔を通じて前記補集領域に補集し、該補集領域に補集された粒子状物質を前記回収気体によって剥離回収する。
この構成によると、放電電極と板状電極間に発生するコロナ放電、バリア放電等の放電によって、粒子状物質含有ガス中の粒子状物質を荷電させ、クーロン力によって貫通孔を通じて板状電極の放電電極とは反対側の面に形成される補集空間内に移動させて補集空間内に補集させる。補集した粒子状物質は粒子状物質含有排ガスの通流方向とは交差する方向に通流する回収気体によって剥離回収することにより、粒子状物質含有排ガスの通流状態で、回収気体による粒子状物質の剥離回収を粒子状物質含有排ガスに再混入することなく確実に回収することができる。
また、本発明に係る電気集塵装置の第2の態様は、前記放電発生部が、前記板状電極及び前記放電電極間に直流電圧を印加してコロナ放電を発生させる。
この第2の態様によると、板状電極及び放電電極間に発生するコロナ放電によって、PMを帯電させて、クーロン力を付与する。
また、本発明に係る電気集塵装置の第3の態様は、前記放電電極が、断面長方形を有し断面の長辺側が前記板状電極と対向する板状電極部本体と、該板状電極部本体の断面の短辺側に形成されたトゲ状放電部とを備えている。
この第3の態様によると、放電電極の放電部をトゲ状放電部で構成するので、比較的太く形成することができる。そのため、加工及び組立が容易であり、製造コストも抑えることができ、さらに寿命を長期化することができる。
また、本発明に係る電気集塵装置の第4の態様は、前記板状電極部本体の延長方向が、前記粒子状物質含有ガスの通流方向と交差している。
この第4の態様によると、この構成によると、複数の放電電極でトゲ状放電部を位置が重ならないように配置することにより、コロナ放電領域を通流する粒子状物質含有排ガスに対して隈なく形成することができ、粒子状物質除去率を向上させることができる。
また、本発明に係る電気集塵装置の第5の態様は、前記放電発生部が、前記板状電極及び前記放電電極間に交流電圧を印加してバリア放電を発生させる。
この第5の態様によると、板状電極及び放電電極間に発生するバリア放電によって、PMを荷電させて、クーロン力を付与する。
また、本発明に係る電気集塵装置の第6の態様は、前記放電電極が、金属電極と該金属電極を覆う誘電体とで前記粒子状物質含有ガスの通流方向に沿う板面を有する板状に形成されている。
この第6の態様によると、金属電極が誘電体で覆われているので、対向する板状電極との間でバリア放電プラズマ柱を発生して、無声放電とすることができる。
また、本発明に係る電気集塵装置の第7の態様は、前記放電電極が、一対の端子間に接続された発熱抵抗体で構成され、当該一対の端子間に電圧を印加することにより付着した粒子状物質を燃焼させるヒータとして作動する。
この第7の態様によると、放電電極に付着した粒子状物質を燃焼させて除去することができる。
また、本発明に係る電気集塵装置の第8の態様は、前記板状電極と前記放電電極との組が前記板状電極同士を対面する関係で2組並列配置され、対向する板状電極間に前記補集領域を形成している。
この第8の態様によると、板状電極及び放電電極の組を2組合わせて、板状電極間に補集空間を形成するので、個別に補集空間を設ける場合に比較して幅狭に構成することができる。
また、本発明に係る電気集塵装置の第9の形態は、前記補集領域が、対面する前記一対の板状電極と、該一対の板状電極の前記回収気体と通流方向と平行な両端部を閉塞する一対の端板部とで形成される角筒電極体に囲まれている。
この第9の態様によると、補集領域が角筒電極体で囲まれており、この中に回収気体を通流することにより、粒子状物質含有ガスの通流状態に影響を与えることなく回収気体を通流することができる。
また、本発明に係る電気集塵装置の第10の形態は、前記補集領域の回収気体通流方向の片側にサイクロン集塵機を接続し、該サイクロン集塵機に吸引装置を接続し、当該吸引装置の吸引力によって回収気体流を形成するようにしている。
この第10の態様によると、回収気体を吸引することにより形成するので、粒子状物質含有ガスへの粒子状物質の再混入を確実に防止することができる。
また、本発明に係る電気集塵装置の第11の形態は、前記補集領域の回収気体通流方向の両側に個別にサイクロン集塵機を接続し、該各サイクロン集塵機に吸引装置を接続し、当該吸引装置の吸引力によって2方向の回収気体流を形成するようにしている。
この第11の態様によると、補集領域の両側から回収気体を吸引するので、粒子状物質の回収効率を向上させることができる。
また、本発明に係る電気集塵装置の第12の形態は、前記対向電極間に形成される複数の補集領域とサイクロン集塵機との間に当該補集領域のみの回収気体を吸引する吸引フードが配置されている。
この構成によると、吸引フードによって、補集領域にのみ回収気体を通流させることができ、回収気体を粒子状物質含有排ガスに影響を与えることなく粒子状物質含有排ガスと交差する方向に通流することができる。さらに、吸引場所を限定できるので、回収気体の流量を抑えることができ、吸引装置を小型化することができる。
本発明によれば、複数の貫通孔を有する板状電極と放電電極とを対向して配置し、板状電極の放電電極とは反対側に集塵領域を形成し、板状電極と放電電極との間にPM含有ガスを通流し、板状電極と放電電極との間に電圧を印加して放電を発生させて、PMを荷電させる。これにより、PMをクーロン力によって貫通孔を通じて補集空間内に移動させて、補集空間内でPMを補集する。補集したPMはPM含有ガスの通流方向と交差する方向に流れる回収気体でPM含有ガスに再混入することなく確実に回収することができる。また、容量の大きな抽出用送風機を設けることなく、補集領域で補集したPMを回収することができる。しかも、PMの回収時に高風速条件下でも再飛散しにくく、高い集塵性能を発揮することができ、故障が発生しにくい電気集塵装置を提供できる。
本発明に係る電気集塵装置の第1の実施形態を示す筐体の一部を切除して示す斜視図である。 図1のA−A線上の断面図である。 本発明に適用し得る放電電極を示す斜視図である。 図1のB−B線上の分離吸引フードの断面図である。 排ガス処理システムの概略構成を示す模式図である。 本発明の他の実施形態を示す概略構成図である。 本発明にさらに他の実施形態を示す要部の断面図である。 本発明の第2の実施形態を示す縦断面図である。 図8のC−C線上の断面図である。 図8の側面図である。 第2の実施形態に適用し得る放電電極を示す図であり、(a)は全体斜視図、(b)は誘電体板を分離した状態の斜視図である。 第2の実施形態を適用した排ガス処理システムの概略構成を示す模式図である。 コロナ放電特性を示す特性線図である。 従来例を示す説明図である。 他の従来例を示す説明図である。 さらに他の従来例を示す説明図である。 図14のろ過装置の詳細構成図である。 ろ過装置における粒子状物質の補集状態を示す模式図である。 ろ過装置における粒子状物質の再飛散状態を示す模式図である。 ろ過装置における粒子状物質の再飛散状態を示す模式図である。
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
図1は本発明の第1の実施形態を示す筐体の一部を切除して示す斜視図である。
図中、1は例えば内燃機関特に舶用ディーゼルエンジンの排気ガス中に含まれる炭素を主成分とする粒子径が100μm以下の粒子状物質(PM:Particulate Matter)、特に粒子径が10μm以下の浮遊粒子状物質(SPM:Suspended Particulate Matter)を補集可能な電気集塵装置である。
この電気集塵装置1は、例えば立方体状の筐体2を有し、この筐体2内に例えば方形の板状電極20とこの板状電極20の一面に図2に示すように所定間隔L1を保って対向する放電電極30との組で構成される集塵電極40を複数組備えている。
ここで、板状電極20は、放電電極30と対向する面から反対側の面に達する例えば円形の複数の貫通孔21を全面に形成したパンチングプレート22で形成され、例えば板面が垂直方向となるように配置されている。
また、放電電極30は、図3に示すように、扁平な長方形断面を有し、例えば板状電極20に対向して水平方向に延長する帯状電極本体31と、この帯状電極本体31の断面における端面側となる上下端面にトゲ状電極部32が水平方向に所定間隔を保って多数形成されている。そして、帯状電極本体31の断面における長辺側が板状電極20に対向して平行に配置されている。
ここで、放電電極30は垂直方向に所定間隔を保って複数例えば3本平行に配置されている。
そして、集塵電極40は、2組がその板状電極20同士を、所定間隔L2を保って対向させる関係で配置されている。そして、対向配置された板状電極20の上下端部が端板23a及び23bによって閉塞されて板状電極20と端板23a及び23bとで左右端部を開放した角筒電極体24が形成されている。
したがって、角筒電極体24の内側がPMの補集領域25とされ、角筒電極体24の外側における板状電極20と対向する位置に複数の放電電極30が配置されている。
このため、隣接する集塵電極40では、放電電極30が共通化されて放電電極30、角筒電極体24、放電電極30、角筒電極体24の順で並列配置されている。これら放電電極30及び角筒電極体24の個数は集塵処理するPM含有排ガスの流量に応じて設定される。
また、角筒電極体24と放電電極30との間には、角筒電極体24に正極を接続し、放電電極30に負極を接続した例えば10 〜10 ボルト程度の高電圧を印加する高圧電源45が接続され、この高圧電源45の正極側が接地されている。
このため、角筒電極体24と放電電極30のトゲ状電極部32との間でコロナ放電が発生し、角筒電極体24と放電電極30との間に形成されたガス通流領域33を通流するPM含有排ガスのPMがコロナ放電を浴びて帯電する。
そして、PMに角筒電極体24と放電電極30との間の電界によりクーロン力が働き、角筒電極体24へ向けて運動を始める。PMは質量を持つために、慣性力によってそのまま角筒電極体24の貫通孔21を通過して補集領域25に導かれる。
この補集領域25では、流れ場は非常に緩やかなため、PMは流れ場の影響を受けにくく、PMは自分自身の電荷と角筒電極体24の板状電極20間の電位差による電気影像力を受けて、角筒電極体24を構成する板状電極20の内周面に移動付着して補集される。
そして、筐体2の下面及び上面にはPM含有排ガスを通流させる排ガス導入口3及び排ガス排出口4が形成され、排ガス導入口3から筐体2内に導入されたPM含有排ガスは角筒電極体24の板状電極20と放電電極30との間を放電電極30の延長方向と交差する方向に垂直方向に通流して排ガス排出口4から排出される。
また、筐体2の例えば左端面に角筒電極体24の内面に対向する複数の開口部5が形成され、右端面に角筒電極体24の内面側からのみ回収気体を吸引するPM回収部としての分離吸引フード50が配置されている。この分離吸引フード50は、図4に示すように、角筒電極体24の内面に連通し、他端の吸引口51に連通する分離吸引通路52を有する。なお、実施例の説明を分かり易くするために、図1では筐体2及び角筒電極体24の右端面と分離吸引フード50とを離隔して描いている。しかし、実際の実施例の構成では、図4に示すとおり、筐体2及び角筒電極体24の右端面と分離吸引フード50とは離隔していない。分離吸引フード50は、筐体2及び角筒電極体24の右端面に接して配置されている。
そして、分離吸引フード50の吸引口51にサイクロン集塵機60の回収口61が連通されている。このサイクロン集塵機60は、吸引した補集PMと回収気体との混合流体を固気分離するもので、筐体60aの上部に形成された吸引口63に吸引装置としてのブロワ64が接続されている。そして、ブロワ64を作動させることにより、このブロワ64によってサイクロン集塵機60の吸引口63から気体が吸引されることにより、回収口61から補集PMと回収気体との混合流体を吸引して固気分離する。分離されたPMは下方のPM回収部62に落下して回収され、分離された回収気体は、上方の吸引口63からブロワ64を介して電気集塵装置1の下面側の排ガス導入口3に戻される。
さらに、サイクロン集塵機60が分離吸引フード50を介して角筒電極体24の内側の補集領域25に接続されているので、ブロワ64を作動させることにより、筐体2の開口部5から外部の空気が回収気体として吸引され、この回収気体がPM含有排ガスと直交する方向に補集領域25を通過する。このため、補集領域25に補集されているPMが剥離されて回収気体とともに分離吸引フード50を介してサイクロン集塵機60に供給される。
次に、上記第1の実施形態の動作を説明する。
先ず、図5で模式的に示すように、電気集塵装置1における筐体2の排ガス導入口3を舶用ディーゼルエンジン等のPM含有ガス排出装置70にダクト等のガス通流部71を介して接続し、筐体2の排ガス排出口4に同様にダクト等のガス通流部72を介して煙突等のガス排出部73に接続する。
この状態で、PM含有ガス排出装置70を作動させると、このPM含有ガス排出装置70からPM含有排ガスが出力され、このPM含有排ガスが電気集塵装置1の筐体2における排ガス導入口3に導入される。
高圧電源45から角筒電極体24と放電電極30との間に高電圧を印加することにより、放電電極30のトゲ状電極部32の先端から角筒電極体24を構成する放電電極30に向けてPM含有ガスのガス通流領域33を横切るコロナ放電が生じる。
このため、PM含有ガスに含まれるPMはコロナ放電を浴びて帯電する。そして、角筒電極体24と放電電極30との間の電界によりPMにクーロン力が働き、PMが角筒電極体24を構成する板状電極20へ向けて運動を始める。PMは質量を持つために、慣性力によってそのまま板状電極20の貫通孔21を通過して内部の補集領域25に導かれる。
この補集領域25では、流れ場は非常に緩やかなため、PMは流れ場の影響を受けにくく、PMは自分自身の電荷と角筒電極体24の板状電極20間の電位差による電気影像力を受けて、板状電極20の内周面に移動付着して補集される。
このように、板状電極20の内周面にPMが補集され、所定時間毎にブロワ64を作動させると、筐体2の開口部5から外部の空気が回収気体として吸引され、この回収気体がPM含有排ガスの通流方向と直交する方向に補集領域25を通過する。このため、補集領域25に補集されているPMが剥離されて回収気体とともに分離吸引フード50を介してサイクロン集塵機60に供給される。ここで、板状電極20の貫通孔21の開口率を20〜40%に設定し、開口部5の開口率を90%以上に設定することにより、板状電極20の貫通孔21での流路抵抗を大きくして回収気体によるPM含有排ガスの吸引を最小限にすることができる。このため、回収気体の流速を大きくしてもPM含有排ガスを吸引することがなく、板状電極20の内周面に補集されたPMを効率よく剥離して分離吸引フード50へ排出することができる。
このとき、分離吸引フード50では、回収気体吸引通路(分離吸引通路52)が角筒電極体24の内周面に対向する位置だけに形成されている。このため、回収気体吸引通路が角筒電極体24間のPM含有排ガス流路には開口していないので、PM含有排ガスを直接吸引することを確実に阻止することができる。
また、分離吸引フード50に達した剥離されたPMと回収気体との混合流体は回収口61からサイクロン集塵機60内に導入されて混合気体が固気分離される。そして、分離されたPMは底部のPM回収部62へ落下して回収され、分離されたPMを多少含む回収気体は、吸引口63からブロワ64に吸引されて筐体2の排ガス導入口3近傍のガス通流部71へ戻される。
このように、上記第1の実施形態によれば、PM含有排ガスの流路とは板状電極を挟んで反対側に形成した補集領域25にPMを補集するので、PM含有排ガスの通流状態で、補集領域25にPM含有排ガスの通流方向と交差する方向に回収気体を流すことにより、補集したPMがPM含有排ガスに再混入することなく、補集したPMを剥離して確実に回収することができる。
この際、単に角筒電極体24を構成する板状電極20と放電電極30との間のガス流路に排気ガスを通流させるだけで良く、抽気手段としての送風機等を設ける必要がない。また、排気ガスの流れを妨げるダンパ等を設ける必要もないので、排気ガスの圧力損失を少なくすることができる。
さらに、板状電極20に形成した貫通孔21の径をPMの粒子径にかかわらず比較的大きな径に形成することができるので、この分の圧力損失も小さく抑制することができる。しかも、PMが補集領域25を構成する角筒電極体24の板状電極20の内周面に補集される。このため、板状電極20の表面積に応じた多量のPMの補集を許容することができるとともに、貫通孔21は極めて目詰まりしにくく、目詰まりによる補集障害を生じることを確実に防止することができる。
さらにまた、補集領域25の流れ場が緩やかなために、一度補集したPMの排ガス流路への再飛散が生じにくい。また、電気集塵装置1内にダンパや送風機等の可動部が存在しないために、故障の可能性が極めて低いという種々の効果を得ることができる。
しかも、板状電極20はパンチングメタルを利用することができ、丸めたり折り曲げたりする板金加工が不要で上端及び下端を端板23a及び23bで連結するだけで角筒電極体24を形成することができ、加工コストを大幅に低減することができる。
また、放電電極30及び板状電極20の組を2組板状電極が対向するように合わせて、板状電極20間に補集領域25を形成しているので、放電電極30及び板状電極20の組毎に補集領域を設ける場合に比較して、補集空間が一つで済むことから幅方向の間隔を短縮して幅狭構成とすることができる。
また、PM含有排ガスの通流方向に対して放電電極30の帯状電極本体31が交差する方向に延長して通流方向に複数並列配置されている。このため、各放電電極30のトゲ状放電部の配置位置をPM含有排ガスの通流方向と直交する方向にずらして配置することが可能となる。これにより、コロナ放電をPM含有排ガスの通量方向と直交する領域で全域に隈なく発生させることができ、PM含有排ガスのPM除去率を向上させることができる。
また、放電電極30も細い針状電極部を形成する必要がなく比較的太いトゲ状電極部32を形成すればよいので、加工が容易で寿命も長期化することができる。
因に、集塵電極構造として、放電電極を棒状部とその外周側に多数の針状電極部を形成した構成とし、この放電電極を囲むように多数の貫通孔を形成した円筒電極部を配置することも考えられる。この場合には、放電電極と円筒電極部との間に高電圧を印加してコロナ放電を発生させことにより、円筒電極部の内周面側に通流するPM含有排ガスのPMを帯電させて円筒電極の外側の補集空間に移動させる。この補集空間で補集したPMを例えばPM含有排ガスの通流方向と同じ方向にエアーブローで吹き飛ばして回収する。
このような構成とする場合には、エアーブローによって補集空間に補集したPMを吹き飛ばすので、吹き飛ばしたPMの多くがエアーブローと対向する吸引口から吸引されることがない。このため、円筒電極の内側を流れるPM含有排ガスに再混入されて大気に放出される可能性があり、補集したPMの回収効率が低下する可能性がある。また、円筒電極等の加工コストが高くなるとともに、大量のPM含有排ガスを処理するには、複数の電気集塵部を組み合わせる必要があり、高い組付精度が要求される。さらに、放電電極に針状電極部を採用する場合にはトゲ状電極部に比較して寿命が短くなるという可能性がある。
これに対して、上記第1の実施形態では、上述したように、板状電極20と放電電極30とを併置する簡易な構成で、集塵電極を形成することができる。そして、補集領域内に回収気体流をその外側のPM含有排ガスとは交差する方向に吸引によって形成するので、回収気体によって板状電極20の内周面から剥離されたPMがPM含有排ガスに再混入することを確実に防止することができる。
なお、上記第1の実施形態においては、角筒電極体24の一方の開口部に分離吸引フード50を設けて角筒電極体24の一方側から回収気体を吸引する場合について説明したが、本発明は上記構成に限定されるものではない。すなわち、第1の実施形態の変形例としては、図6に示すように、角筒電極体24の軸方向中央部の上下端部に端板23a及び23bに沿って延長して外気に連通する吸引用開口部80を形成する。そして、角筒電極体24の両端の開口部にはそれぞれ分離吸引フード50を介してサイクロン集塵機60を接続し、これらサイクロン集塵機60に吸引装置としてのブロワ64を接続するようにしてもよい。
この場合には、補集領域25の両端に回収気体吸引部が配置されるので、回収気体の吸引効果を増強することができ、補集したPMをより効率よく剥離回収することができる。
また、上記第1の実施形態においては、2枚の板状電極20と端板23a,23bとで角筒電極体24を形成する場合について説明したが、板状電極20が所定間隔L2を保って対向していればよく任意の筒構造とすることができる。
また、上記第1の実施形態においては、2組の集塵電極40を合わせて角筒電極体24を構成する場合について説明したが、PM除去率が1組の集塵電極40を設けるだけで済む場合には、図7に示すように構成してもよい。すなわち、板状電極20と放電電極30とを所定間隔L1で対向させ、板状電極20の放電電極30とは反対側に端板23a,23bの端部間を結ぶ閉塞板81(筐体2の側壁で兼ねることも可能)を配置することにより、内部に補集領域25を形成した角筒電極体24を構成するようにしても良い。
さらに、上記第1の実施形態においては、PM含有排ガスの通流方向と回収気体の通流方向とが直交している場合について説明したが、これに限定されるものではなく、両者の通流方向が交差していればよいものである。
また、上記第1の実施形態においては、PM含有排ガスが電気集塵装置1を底面から上面に向けて垂直方向に通流する場合について説明したが、これに限定されるものではなく、分離吸引フード50を底面側としてPM含有排ガスを水平方向に通流させるようにしてもよく、PM含有排ガスの通流方向は任意に設定することができる。
次に、本発明の第2の実施形態について図8〜図11を伴って説明する。
この第2の実施形態では、放電電極と板状電極との間に発生させる放電をコロナ放電からバリア放電に変更したものである。
すなわち、第2の実施形態では、電気集塵装置1の導電性を有する筐体100が、図9及び図10に示すように、直方体状に形成されている。すなわち、筐体100は、長手方向を左右方向とする正面板部101a及び背面板部101bを有する。また、筐体100は、正面板部101a及び背面板部101bの上下端部間を連結する上面板部101c及び底面板部101dと、正面板部101a及び背面板部101bの左右端部間を連結する左側面板部101e及び右側面板部101fとを有する。
そして、正面板部101a及び背面板部101bは、図8に示すように、前後方向に延長する長方形の開口部102a及び102bが左右方向に所定間隔L3を保って例えば6個所形成されている。これら開口部102a及び102bの幅L4は所定間隔L3よりも狭く設定されている。
また、上面板部101c及び底面板部101dには、図8に示すように、正面板部101a、背面板部101b、左側面板部101e及び右側面板部101fで囲まれる長方形の開口部102c及び102dが形成されている。
正面板部101aの開口部102aには、図9に示すように、前述した舶用ディーゼルエンジン等の舶用ディーゼルエンジン等のPM含有ガス排出装置70に接続された例えば断面方形の排ガス通流ダクト103aが連結されている。
また,背面板部101bの開口部102bには前述したガス排出部73に接続された同様に断面方形の排ガス通流ダクト103bが連結されている。
筐体100内には、図8及び図9に示すように、正面板部101a及び背面板部101bの開口部102a及び102bを除く位置間に、前述した第1の実施形態における角筒電極体24と同様の構成を有する5個の角筒電極体110が並列配置されている。したがって、角筒電極体110は、排ガス通流方向に沿い且つ排ガス通流方向と直交する方向に開口部102a及び102bの幅L4と等しい所定間隔を保って配置されている。
これら角筒電極体110は、図8に示すように上面及び底面を開放した直方体状に形成されている。また、角筒電極体110の左右側面には板状電極112a及び112bがその外側表面間が前述した所定間隔L3となるように配置されている。これら板状電極112a及び112bのそれぞれは、前述した第1の実施形態における板状電極20と同様に、例えば円形の複数の貫通孔113を全面に形成したパンチングプレート114で形成され、例えば板面が垂直方向となるように前後方向すなわち排ガス通流方向に延長して配置されている。
また、左右両端の角筒電極体110の外側には所定間隔L4を保って角筒電極体110に対向する面にのみ板状電極112cを形成した角筒電極体115が配置されている。これら角筒電極体115についても角筒電極体110と同様に上面及び底面を開放した直方体状に形成されている。
これら角筒電極体110及び115の上端側にそれぞれ、図8に示すように、外気に直接通じて回収気体を取り入れる開口率が90%以上に設定された回収気体取入口116が形成されている。
そして、角筒電極体110間と角筒電極体110及び角筒電極体115間とが、排ガス通流ダクト103aから供給される排ガスが後方に向けて通流されるガス通流領域117とされている。このガス通流領域117のそれぞれの左右方向の中央部に放電電極120が板状電極112a及び112b、112c及び112a、112b及び112cに個別に対面して配置されている。
放電電極120は、排ガス通流方向に沿う長方形板状に形成されている。この放電電極120は、図11に示すように、誘電体としてのアルミナや窒化珪素のセラミックス121に内蔵された平面上に蛇行して形成された発熱抵抗体122を有するセラミックヒータの構成を有する。発熱抵抗体122には、その上方の前後位置における始端及び終端に端子接続パッド123a及び123bが形成されている。これら端子接続パッド123a及び123bには外部に延長するリード端子124a及び124bが半田付け等によって接合されている。つまり、放電電極120は、発熱抵抗体122が誘電体としてのセラミックス121に覆われた構成を有する。
各放電電極120は、図8に示すように、筐体2の上面板部101cの開口部102c側に配置された耐熱絶縁スペーサ125と、角筒電極体110の下端間、角筒電極体115及び110の下端間並びに角筒電極体110及び角筒電極体115間の下端間に配置された耐熱絶縁スペーサ126とによって支持されている。
そして、各放電電極120のリード端子124a及び124bが図8及び図9に示すように、筐体2の上面板部101cの左右端部側に配置された高電圧支持碍子127a及び127b間に前後方向に所定間隔を保って平行に橋架された高圧給電バー128a及び128bに押圧バネ129によって下方に押圧された状態で電気的に接続されている。
高圧給電バー128a及び128bには、図9に示すように、放電発生部としてのバリア放電発生部130が接続されている。このバリア放電発生部130は、高圧給電バー128a及び128b間に接続された高耐圧パワーリレー131と、この高耐圧パワーリレー131の一端と高圧給電バー128aとの接続点と接地との間に接続された高耐圧パワーリレー132及び例えば10kVの高電圧交流を発生する高電圧交流電源133の直列回路とを有する。さらに、高電圧交流電源133と接地との間が筐体100に接続されている。
また、高圧給電バー128a及び128bには、図9に示すように、加熱制御部135が接続されている。この加熱制御部135は、高圧給電バー128a及び128bに、高耐圧パワーリレー136及び137を個別に介して接続された例えば54V程度の低電圧交流を発生する低電圧交流電源138を有する。
そして、高電圧交流電源133から高電圧交流を出力し、高耐圧パワーリレー131及び132を付勢状態(オン状態)とすることにより、高電圧交流が放電電極120と板状電極112a〜112cとの間に印加される。これによって、放電電極120と板状電極112a〜112cとの間にバリア放電プラズマ柱が発生する。
この放電電極120と板状電極112a〜112cとの間には、PM粒子含有排ガスが通流されている。このため、PM粒子含有排ガスに含まれるPMがバリア放電プラズマ柱の通過時に荷電されて、バリア放電維持電圧が作る電界でクーロン力を付与されて接地電極となる板状電極112a〜112c側に向かう。なお、クーロン力が付与されたPMの全部が板状電極112a〜112cに向かうものではなく、PMの一部は放電電極120に向かう場合がある。
板状電極112a〜112cに向かうPMは板状電極112a〜112cに形成された貫通孔111から角筒電極体110内に補集される。
また、放電電極120に付着したPMは、定期的に高耐圧パワーリレー131及び132の付勢状態を解除して放電電極120への高電圧交流の印加を停止し、これに代えて高耐圧パワーリレー136及び137を付勢状態として放電電極120のリード端子124a及び124bに低電圧交流を印加することにより、放電電極120をセラミックヒータとして動作させる。これにより、放電電極120が1〜2分程度で800℃程度まで加熱され、表面に付着したPMを完全燃焼させて除去する。
また、筐体100の底面板部101dに形成された開口部102cに吸引フード140が連結されている。この吸引フード140は角筒電極体110及び115の底部の開口部118にのみ連通しており、ガス通流領域117とは耐熱絶縁スペーサ126で分離されている。
この吸引フード140の吸引口141には図示しないが前述した第1の実施形態と同様にサイクロン集塵機60の回収口61が連通されている。このサイクロン集塵機60には、筐体60aの上部に形成された吸引口63に吸引装置としてのブロワ64が接続されている。そして、ブロワ64を作動させることにより、このブロワ64によってサイクロン集塵機60の吸引口63から気体が吸引されることにより、回収口61から補集PMと回収気体との混合流体を吸引して固気分離する。分離されたPMは下方のPM回収部62に落下して回収され、分離された回収気体は、上方の吸引口63からブロワ64を介して電気集塵装置1の正面側に接続された排ガス通流ダクト103aに戻される。
次に、上記第2の実施形態の動作を説明する。
先ず、図12で模式的に示すように、電気集塵装置1における筐体100に連結された排ガス通流ダクト103aを舶用ディーゼルエンジン等のPM含有ガス排出装置70に接続し、筐体100に連結された排ガス通流ダクト103bを煙突等のガス排出部73に接続する。
この状態で、電気集塵装置1のバリア放電発生部130の高電圧交流電源133で例えば10kVの高電圧交流を発生させるとともに、高耐圧パワーリレー131及び132を付勢状態とすることにより、高電圧交流電源133で発生された高電圧交流が高圧給電バー128a及び128bを介して放電電極120と接地電極となる角筒電極体110及び115との間に印加される。
このため、放電電極120と角筒電極体110,115の板状電極112a〜112c間にバリア放電プラズマ柱が発生してパリア放電が発生する。このバリア放電は、放電電極120が電極となる発熱抵抗体122が誘電体となるセラミックス121で被覆されているので、スパークの発生しない無声放電となる。
このバリア放電が発生している状態で、放電電極120と板状電極112a〜112cとの間に、PM粒子含有排ガスを通流させる。すると、PM粒子含有排ガスに含まれるPMがバリア放電プラズマ柱の通過時に荷電されて、バリア放電維持電圧が作る電界でクーロン力を付与されて接地電極となる板状電極112a〜112c側に向かう。なお、クーロン力が付与されたPMの全部が板状電極112a〜112cに向かうものではなく、PMの一部は放電電極120に向かう場合がある。
板状電極112a〜112cに向かうPMは前述した第1の実施形態と同様に、板状電極112a〜112cに形成された貫通孔111から角筒電極体110及び115内の補集領域に導かれる。
この補集領域では、流れ場は非常に緩やかなため、PMは流れ場の影響を受けにくく、PMは自分自身の電荷と角筒電極体110及び115の板状電極112a〜112c間の電位差による電気影像力を受けて、板状電極112a〜112cの内周面に移動付着して補集される。
このように、板状電極112a〜112cの内周面にPMが補集された状態で、所定時間毎に間欠的にブロワ64を作動させると、筐体100の回収気体取入口116から外部の空気が回収気体として吸引される。この回収気体はPM含有排ガスの通流方向と直交する方向に角筒電極体110及び115の補集領域を通過する。このため、補集領域に補集されているPMが剥離されて回収気体とともに吸引フード140を介してサイクロン集塵機60に供給される。
ここで、板状電極112a〜112cの貫通孔113の開口率を20〜40%に設定し、角筒電極体110及び115の回収気体取入口116の開口率を90%以上に設定することにより、板状電極20の貫通孔21での流路抵抗を大きくして回収気体によるPM含有排ガスの吸引を最小限にすることができる。このため、回収気体の流速を大きくしてもPM含有排ガスを吸引することがなく、板状電極112a〜112cの内周面に補集されたPMを効率よく剥離して吸引フード140へ排出することができる。
このとき、吸引フード140では、ガス通流領域117が耐熱絶縁スペーサ126で閉塞され、角筒電極体110及び115の底面のみが連通している。このため、吸引フード140によってガス通流領域117を通流するPM含有排ガスを直接吸引することを確実に阻止することができる。
また、吸引フード140に達した剥離されたPMと回収気体との混合流体は吸引口141からサイクロン集塵機60内に導入されて混合気体が固気分離される。そして、分離されたPMは底部のPM回収部62へ落下して回収され、分離されたPMを多少含む回収気体は、吸引口63からブロワ64に吸引されて筐体100に連結された排ガス通流ダクト103aの開口部102a近傍へ戻される。
一方、所定時間毎に放電発生部130の高耐圧パワーリレー131及び132が付勢状態から非付勢状態に復帰させられることにより、高圧給電バー128a及び128bへの高電圧交流の供給が停止される。
この状態で、加熱制御部135の高耐圧パワーリレー136及び137は付勢状態とされ、低電圧交流電源138から出力される低電圧交流が高圧給電バー128a及び128bに供給される。これら高圧給電バー128a及び128bに供給された低電圧交流は、各放電電極120のリード端子124a及び124bを通じて発熱抵抗体122の両端の端子接続パッド123a及び123bに印加される。このため、放電電極120がセラミックヒータとして動作することにより、1〜2分で表面温度が400℃〜800℃に加熱される。
このため、放電電極120のセラミックス121の表面に付着したPMが完全燃焼されて除去される。
このように、上記第2の実施形態によると、放電電極120と板状電極112a〜112cとの間にバリア放電プラズマ柱を形成してバリア放電を発生させ、この際に放電電極120が電極となる発熱抵抗体122を誘電体となるセラミックス121で被覆している。このため、放電電流は発熱抵抗体122からセラミックス121を透過して流れることになり、セラミックス121自体が絶縁破壊するまではスパークを生じない無声放電となる。
しかも、セラミックス121の耐熱温度はヒータとして動作させる400℃〜800℃に耐えるので、PM含有排ガスの温度が300℃を超えてもスパーク無しの電気集塵を行うことができる。
ちなみに、第1実施形態のように、放電電極30と板状電極20との間にコロナ放電を発生させる場合には、放電特性が図13に示すようになる。この図13では、スパーク放電電圧を特性線L11で表し、コロナ放電開始電圧を特性線L12で表し、ガス密度比を特性線L13で表している。
この図13から明らかなように、コロナ放電を使用する場合には、スパーク放電電圧はPM含有排ガス温度が150℃以下ではさほど低下しないが、150℃を超えると排ガス温度上昇に対するスパーク放電電圧の低下率が高くなる。
一方、コロナ放電開始電圧は逆に150℃までの電圧降下率に対して150℃を超えたときの電圧降下率が小さくなり、排ガス温度が250℃程度のコロナ放電開始電圧は、排ガス温度が常温時のコロナ放電開始電圧と比べて2/3以下に低下する。
このため、コロナ放電を使用する場合には、排ガス温度が250℃を超えるとスパーク放電電圧が低下していることから、スパークが生じるのを避けるためにコロナ放電電圧を高くすることに制限が生じるとともに、コロナ放電開始電圧が低下することになり、PMに付与するクーロン力が弱まり、集塵性能が低下する。
しかしながら、上記第2の実施形態のようにバリア放電を採用すると、放電電極120の電極部が誘電体であるセラミックス121に覆われているので、スパーク放電が生じ難く、PM含有排ガス温度が300℃を超えても集塵性能が低下することはなく、良好な集塵効果を得ることができる。
また、放電電極120と板状電極112a〜112cとの対向面積を広くすることができ、第1の実施形態におけるコロナ放電の場合に生じるイオンシャワー柱に比較して発生するバリア放電プラズマ柱の密度を高くすることができ、集塵効率を向上させることができる。
なお、上記第2の実施形態においては、放電電極120としてセラミックヒータを適用した場合について説明したが、これに限定されるものではなく、平板電極を覆う誘電体として例えばチタン酸バリウムなどの強誘電体を適用することもできる。要は耐熱性の高い誘電体であれば、任意の誘電体を適用することができる。
また、上記第2の実施形態においては、PM含有排ガスの通流方向に対して、補集したPMを回収する回収気体の通流方向が直交する場合について説明したが、これに限定されるものではなく、PM含有排ガスと回収ガスとを互いに交差する方向に通流させるようにすればよいものである。
また、上記第2の実施形態においては、PM含有排ガスの通流方向は水平方向に限らず、垂直方向を含む任意の方向とすることができる。さらに、上記第2の実施形態においても前述した第1の実施形態における図6と同様に一対の吸引フードを対向させて配置し、中間部の筐体100に回収気体取り入れ口を設けることもできる。
また、上記第1及び第2の実施形態においては、吸引装置としてブロワ64を適用した場合について説明したが、これに限定されるものではなく、真空エジェクタ等の他の吸引装置を適用することができる。
また、上記第1及び第2の実施形態においては、ディーゼルエンジンから排出される排気ガスに含まれるPMを除去する場合について説明したが、これに限定されるものではなく、任意のPM含有ガスからPMを除去することができる。
本発明によれば、容量の大きな抽気装置を必要とすることなく、目詰まりせずに、高風速条件下でも再飛散しにくく、高い集塵性能を発揮し、故障の可能性が低い電気集塵装置を提供することができる。
1…電気集塵装置、2…筐体、3…ガス導入口、4…ガス排出口、5…開口部、20…板状電極、21…貫通孔、22…パンチングメタル、23a,23b…端板、24…角筒電極体、30…放電電極、31…帯状電極本体、32…トゲ状電極部、33…ガス通流領域、40…集塵電極、50…分離吸引フード、60…サイクロン集塵機、62…PM回収部、64…ブロワ、100…筐体、103a,103b…排ガス通流ダクト、110,115…角筒電極体、112a〜112c…板状電極、117…ガス通流領域、120…放電電極、121…セラミックス、122…発熱抵抗体、124a,124b…リード端子、128a,128b…高圧給電バー、130…バリア放電発生部、131,132…高耐圧パワーリレー、133…高電圧交流電源、135…加熱制御部、136,137…高耐圧パワーリレー、138…低電圧交流電源

Claims (12)

  1. 粒子状物質を通過させる貫通孔を複数形成した板状電極と、該板状電極の一方の面に対向して配置された放電電極と、
    前記板状電極及び前記放電電極間に電圧を印加して前記粒子状物質にクーロン力を付与する放電を発生させる放電発生部と、
    前記板状電極の前記放電電極との対向面とは反対側に形成した粒子状物質を補集する補集領域と、
    前記板状電極と前記放電電極との間に形成した粒子状物質含有ガスを通流させるガス通流領域と、
    前記粒子状物質含有ガスの通流状態で、前記補集領域に当該粒子状物質含有ガスの通流方向と交差する方向に回収気体を通流して補集した粒子状物質を剥離回収する粒子状物質回収部とを備え、
    前記放電によって粒子状物質含有ガス中の粒子状物質を帯電させて前記貫通孔を通じて前記補集領域に補集し、該補集領域に補集された粒子状物質を前記回収気体によって剥離回収する
    ことを特徴とする電気集塵装置。
  2. 前記放電発生部は、前記板状電極及び前記放電電極間に直流電圧を印加してコロナ放電を発生させることを特徴とする請求項1に記載の電気集塵装置。
  3. 前記放電電極は、断面長方形を有し断面の長辺側が前記板状電極と対向する板状電極部本体と、該板状電極部本体の断面の短辺側に形成されたトゲ状放電部とを備えていることを特徴とする請求項2に記載の電気集塵装置。
  4. 前記板状電極部本体の延長方向は、前記粒子状物質含有ガスの通流方向と交差していることを特徴とする請求項3に記載の電気集塵装置。
  5. 前記放電発生部は、前記板状電極及び前記放電電極間に交流電圧を印加してバリア放電を発生させることを特徴とする請求項1に記載の電気集塵装置。
  6. 前記放電電極は、金属電極と該金属電極を覆う誘電体とで前記粒子状物質含有ガスの通流方向に沿う板面を有する板状に形成されていることを特徴とする請求項5に記載の電気集塵装置。
  7. 前記放電電極は、一対の端子間に接続された発熱抵抗体で構成され、当該一対の端子間に電圧を印加することにより付着した粒子状物質を燃焼させるヒータとして作動することを特徴とする請求項6に記載の電気集塵装置。
  8. 前記板状電極と前記放電電極との組が前記板状電極同士を対面する関係で複数組並列配置され、対向する板状電極間に前記補集領域を形成したことを特徴とする請求項1に記載の電気集塵装置。
  9. 前記補集領域は、対面する一対の板状電極と、該一対の板状電極の前記回収気体の通流方向と平行な両端部を閉塞する一対の端板部とを少なくとも有する角筒状に形成されていることを特徴とする請求項1に記載の電気集塵装置。
  10. 前記補集領域の回収気体通流方向の片側にサイクロン集塵機を接続し、当該サイクロン集塵機に吸引装置を接続し、当該吸引装置の吸引力によって回収気体流を形成するようにしたことを特徴とする請求項9に記載の電気集塵装置。
  11. 前記補集領域の回収気体通流方向の両側に個別にサイクロン集塵機を接続し、該各サイクロン集塵機に吸引装置を接続し、当該吸引装置の吸引力によって2方向の回収気体流を形成するようにしたことを特徴とする請求項9に記載の電気集塵装置。
  12. 前記対向電極間に形成される複数の補集領域とサイクロン集塵機との間に当該補集領域のみの回収気体を吸引する吸引フードが配置されていることを特徴とする請求項10又は11に記載の電気集塵装置。
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